傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和準(zhǔn)確度等。傳感器的動態(tài)特性則指的是對于輸入量隨著時間變化的響應(yīng)特性。動態(tài)特性通常采用傳遞函數(shù)等自動控制的模型來描述。通常,傳感器接收到的信號都有微弱的低頻信號,外界的干擾有的時候的幅度能夠超過被測量的信號,因此消除串入的噪聲就成為了一項(xiàng)關(guān)鍵的傳感器技術(shù)。
物理傳感器
物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是利用某些物理效應(yīng),把被測量的物理量轉(zhuǎn)化成為便于處理的能量形式的信號的裝置。其輸出的信號和輸入的信號有確定的關(guān)系。主要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。
物理傳感器的應(yīng)用范圍是非常廣泛的,我們僅僅就生物醫(yī)學(xué)的角度來看看物理傳感器的應(yīng)用情況,之后不難推測物理傳感器在其他的方面也有重要的應(yīng)用。
讓我們看看呼吸測量技術(shù)。呼吸測量是臨床診斷肺功能的重要依據(jù),在外科手術(shù)和病人監(jiān)護(hù)中都是必不可少的。比如在使用用于測量呼吸頻率的熱敏電阻式傳感器時,把傳感器的電阻安裝在一個夾子前端的外側(cè),把夾子夾在鼻翼上,當(dāng)呼吸氣流從熱敏電阻表面流過時,就可以通過熱敏電阻來測量呼吸的頻率以及熱氣的狀態(tài)。
從以上的介紹可以看出,僅僅在生物醫(yī)學(xué)方面,物理傳感器就有著多種多樣的應(yīng)用。傳感器的發(fā)展方向是多功能、有圖像的、有智能的傳感器。傳感器測量作為數(shù)據(jù)獲得的重要手段,是工業(yè)生產(chǎn)乃至家庭生活所必不可少的器件,而物理傳感器又是最普通的傳感器家族,靈活運(yùn)用物理傳感器必然能夠創(chuàng)造出更多的產(chǎn)品,更好的效益。
光纖傳感器
近年來,傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過程中,光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:抗電磁干擾和原子輻射的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能,絕緣、無感應(yīng)的電氣性能,耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)),或者對人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。
光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù),可以用來測量多種物理量,比如聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等,還可以完成現(xiàn)有測量技術(shù)難以完成的測量任務(wù)。在狹小的空間里,在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里,光纖傳感器都顯示出了獨(dú)特的能力。目前光纖傳感器已經(jīng)有70多種,大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。
所謂光纖自身的傳感器,就是光纖自身直接接收外界的被測量。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時,就會產(chǎn)生微彎曲,而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波,它對光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲,通過彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種,與激光陀螺相比,光纖陀螺靈敏度高,體積小,成本低,可以用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計(jì)的原理。
另外一個大類的光纖傳感器是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下:傳感器位于光纖端部,光纖只是光的傳輸線,將被測量的物理量變換成為光的振幅,相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣,使用簡便,但是精度比第一類傳感器稍低。
仿生傳感器
仿生傳感器,是一種采用新的檢測原理的新型傳感器,它采用固定化的細(xì)胞、酶或者其他生物活性物質(zhì)與換能器相配合組成傳感器。這種傳感器是近年來生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)、工程學(xué)相互滲透而發(fā)展起來的一種新型的信息技術(shù)。這種傳感器的特點(diǎn)是機(jī)能高、壽命長。在仿生傳感器中,比較常用的是生體模擬的傳感器。
仿生傳感器按照使用的介質(zhì)可以分為:酶傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞器傳感器、組織傳感器等。在圖中我們可以看到,仿生傳感器和生物學(xué)理論的方方面面都有密切的聯(lián)系,是生物學(xué)理論發(fā)展的直接成果。在生體模擬的傳感器中,尿素傳感器是最近開發(fā)出來的一種傳感器。下面就以尿素傳感器為例子介紹仿生傳感器的應(yīng)用。
尿素傳感器,主要是由生體膜及其離子通道兩部分構(gòu)成。生體膜能夠感受外部刺激影響,離子通道能夠接收生體膜的信息,并進(jìn)行放大和傳送。當(dāng)膜內(nèi)的感受部位受到外部刺激物質(zhì)的影響時,膜的透過性將產(chǎn)生變化,使大量的離子流入細(xì)胞內(nèi),形成信息的傳送。其中起重要作用的是生體膜的組成成分膜蛋白質(zhì),它能產(chǎn)生保形網(wǎng)絡(luò)變化,使膜的透過性發(fā)生變化,進(jìn)行信息的傳送及放大。生體膜的離子通道,由氨基酸的聚合體構(gòu)成,可以用有機(jī)化學(xué)中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸,PLG)為替代物質(zhì),它比酶的化學(xué)穩(wěn)定性好。PLG是水溶性的,本不適合電機(jī)的修飾,但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物,形成傳感器使用的感應(yīng)膜。
生體膜的離子通道的原理基本上與生體膜一樣,在電極上將嵌段共聚膜固定后,如果加感應(yīng)PLG保性網(wǎng)絡(luò)變化的物質(zhì),就會使膜的透過性發(fā)生變化,從而產(chǎn)生電流的變化,由電流的變化,便可以進(jìn)行對刺激性物質(zhì)的檢測。
尿素傳感器經(jīng)試驗(yàn)證明是穩(wěn)定性好的一種生體模擬傳感器,檢測下限為10的負(fù)3次方的數(shù)量級,還可以檢測刺激性物質(zhì),但是暫時還不適合生體的計(jì)測。
目前,雖然已經(jīng)發(fā)展成功了許多仿生傳感器,但仿生傳感器的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性和可批量生產(chǎn)性明顯不足,所以仿生傳感技術(shù)尚處于幼年期,因此,以后除繼續(xù)開發(fā)出新系列的仿生傳感器和完善現(xiàn)有的系列之外,生物活性膜的固定化技術(shù)和仿生傳感器的固態(tài)化值得進(jìn)一步研究。
在不久的將來,模擬生體功能的嗅覺、味覺、聽覺、觸覺仿生傳感器將出現(xiàn),有可能超過人類五官的敏感能力,完善目前機(jī)器人的視覺、味覺、觸覺和對目的物進(jìn)行操作的能力。我們能夠看到仿生傳感器應(yīng)用的廣泛前景,但這些都需要生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,我們拭目以待這一天的到來。
紅外傳感器
紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)為大家所熟知,這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng),按照功能能夠分成五類:(1)輻射計(jì),用于輻射和光譜測量;(2)搜索和跟蹤系統(tǒng),用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo),確定其空間位置并對它的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤;(3)熱成像系統(tǒng),可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖象;(4)紅外測距和通信系統(tǒng);(5)混合系統(tǒng),是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。
紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器,按照探測的機(jī)理的不同,可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。
熱探測器是利用輻射熱效應(yīng),使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高,進(jìn)而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化,便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當(dāng)元件接收輻射,引起非電量的物理變化時,可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。
電磁傳感器
磁傳感器是最古老的傳感器,指南針是磁傳感器的最早的一種應(yīng)用。但是作為現(xiàn)代的傳感器,為了便于信號處理,需要磁傳感器能將磁信號轉(zhuǎn)化成為電信號輸出。應(yīng)用最早的是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業(yè)控制領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn),但是到今天已經(jīng)被以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。
在今天所用的電磁效應(yīng)的傳感器中,磁旋轉(zhuǎn)傳感器是重要的一種。磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要由半導(dǎo)體磁阻元件、永久磁鐵、固定器、外殼等幾個部分組成。典型結(jié)構(gòu)是將一對磁阻元件安裝在一個永磁體的刺激上,元件的輸入輸出端子接到固定器上,然后安裝在金屬盒中,再用工程塑料密封,形成密閉結(jié)構(gòu),這個結(jié)構(gòu)就具有良好的可靠性。磁旋轉(zhuǎn)傳感器有許多半導(dǎo)體磁阻元件無法比擬一款電磁傳感器的外形的優(yōu)點(diǎn)。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號外,而且有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)速檢測范圍,這是由于電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。另外,這種傳感器還能夠應(yīng)用在很大的溫度范圍中,有很長的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強(qiáng),因此耐受各種環(huán)境條件及外部噪聲。所以,這種傳感器在工業(yè)應(yīng)用中受到廣泛的重視。
磁旋轉(zhuǎn)傳感器在工廠自動化系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用,因?yàn)檫@種傳感器有著令人滿意的特性,同時不需要維護(hù)。其主要應(yīng)用在機(jī)床伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動檢測、工廠自動化的機(jī)器人臂的定位、液壓沖程的檢測、工廠自動化相關(guān)設(shè)備的位置檢測、旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測單元和各種旋轉(zhuǎn)的檢測單元等。
現(xiàn)代的磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器。在工作過程中,四相差動旋轉(zhuǎn)傳感器用一對檢測單元實(shí)現(xiàn)差動檢測,另一對實(shí)現(xiàn)倒差動檢測。這樣,四相傳感器的檢測能力是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉(zhuǎn)傳感器也有自己的優(yōu)點(diǎn),也就是小巧可靠的特點(diǎn),并且輸出信號大,能檢測低速運(yùn)動,抗環(huán)境影響和抗噪聲能力強(qiáng),成本低。因此單相傳感器也將有很好的市場。
磁旋轉(zhuǎn)傳感器在家用電器中也有大的應(yīng)用潛力。在盒式錄音機(jī)的換向機(jī)構(gòu)中,可用磁阻元件來檢測磁帶的終點(diǎn)。家用錄像機(jī)中大多數(shù)有變速與高速重放功能,這也可用磁旋轉(zhuǎn)傳感器檢測主軸速度并進(jìn)行控制,獲得高畫面的質(zhì)量。洗衣機(jī)中的電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和高低速旋轉(zhuǎn)功能都可以通過伺服旋轉(zhuǎn)傳感器來實(shí)現(xiàn)檢測和控制。
這種開關(guān)可以感應(yīng)到進(jìn)入自己檢驗(yàn)區(qū)域的金屬物體,控制自己內(nèi)部電路的開或關(guān)。開關(guān)自己產(chǎn)生磁場,當(dāng)有金屬物體進(jìn)入到磁場會引起磁場的變化。這種變化通過開關(guān)內(nèi)部電路可以變成電信號。
更加突出電磁傳感器是一門應(yīng)用很廣的高新技術(shù),國內(nèi)、國外都投入了一定的科研力量在進(jìn)行研究,這種傳感器的應(yīng)用正在滲透入國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)和人們?nèi)粘I畹母鱾€領(lǐng)域,隨著信息社會的到來,其地位和作用必將。
磁光效應(yīng)傳感器
現(xiàn)代電測技術(shù)日趨成熟,由于具有精度高、便于微機(jī)相連實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時處理等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測量中。然而電測法容易受到干擾,在交流測量時,頻響不夠?qū)捈皩δ蛪骸⒔^緣方面有一定要求,在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天,已經(jīng)能夠解決上述的問題。
磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器。激光,是本世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來的又一新技術(shù),它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個新的階段。由于以往普通光源單色度低,故很多重要的應(yīng)用受到限制,而激光的出現(xiàn),使無線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充。現(xiàn)在,利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器,解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題,使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險、易燃的場所。
比如說用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器,能測量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實(shí)測地點(diǎn),不必電源供電,這對于安全防爆措施要求很嚴(yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用,也可用來在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測化學(xué)技術(shù)。
磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。當(dāng)一束偏振光通過介質(zhì)時,若在光束傳播方向存在著一個外磁場,那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個角度,這就是磁光效應(yīng)。也就是可以通過旋轉(zhuǎn)的角度來測量外加的磁場。在特定的試驗(yàn)裝置下,偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)成正比,通過輸出光照射激光二極管LD,就可以獲得數(shù)字化的光強(qiáng),用來測量特定的物理量。
自六十年代末開始,RCLecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報(bào)告后,引起大家的重視。日本,蘇聯(lián)等國家均開展了研究,國內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行探索。磁光效應(yīng)的傳感器具有優(yōu)良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、響應(yīng)快、安全防爆等特性,因此對一些特殊場合電磁參數(shù)的測量,有獨(dú)特的功效,尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流的測量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢。同時通過開發(fā)處理系統(tǒng)的軟件和硬件,也可以實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的自動實(shí)時測量。在磁光效應(yīng)傳感器的使用中,最重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器,不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn),磁光效應(yīng)傳感器的性能越來越強(qiáng),應(yīng)用也越來越廣泛。
磁光效應(yīng)傳感器做為一種特定用途的傳感器,能夠在特定的環(huán)境中發(fā)揮自己的功能,也是一種非常重要的工業(yè)傳感器。
壓力傳感器
壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器,而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的,這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。
我們知道,晶體是各向異性的,非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時,就產(chǎn)生了極化效應(yīng);當(dāng)機(jī)械力撤掉之后,又會重新回到不帶電的狀態(tài),也就是受到壓力的時候,某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng),這就是所謂的極化效應(yīng)??茖W(xué)家就是根據(jù)這個效應(yīng)研制出了壓力傳感器。
壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存在,但溫度超過這個范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這個高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
在現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,特別壓電傳感器的外形是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器心乂
也可以用來測量發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。
壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中,比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y量動態(tài)壓力是如此普遍,所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。
除了壓電傳感器之外,還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器,利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等,這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料,在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。
相關(guān)控制系統(tǒng)
繼電器控制
繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備,通俗的意義上來說就是開關(guān),在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開啟。繼電器的開關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。從另一個角度來說,由于為某一個用途設(shè)計(jì)使用的電子電路,最終或多或少都需要和某一些機(jī)械設(shè)備相交互,所以繼電器也起到電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的接口作用。
最常見的繼電器要數(shù)熱繼電器,通常使用的熱繼電器適用于交流50Hz、60Hz、額定電壓至660V、額定電流至80A的電路中,供交流電動機(jī)的過載保護(hù)用。它具有差動機(jī)構(gòu)和溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié),可與特定的交流接觸器插接安裝。
時間繼電器也是很常用的一種繼電器,它的作用是作延時元件,通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380V、直流至220V的控制電路中作延時元件,按預(yù)定的時間接通或分?jǐn)嚯娐???蓮V泛應(yīng)用于電力拖動系統(tǒng),自動程序控制系統(tǒng)及在各種生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)中起時間控制作用。
在控制中常用的中間繼電器通常用作繼電控制,信號傳輸和隔離放大等用途。此外還有電流繼電器用來限制電流、電壓繼電器用來控制電壓、靜態(tài)電壓繼電器、相序電壓繼電器、相序電壓差繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、接地繼電器、電動機(jī)保護(hù)繼電器等等。正是有了這些不同類型的繼電器,我們才有可能對不同的物理量作出控制,完成一個完整的控制系統(tǒng)。
除了傳統(tǒng)的繼電器之外,繼電器的技術(shù)還應(yīng)用在其他的方面,比如說電機(jī)智能保護(hù)器是根據(jù)三相交流電動機(jī)的工作原理,分析導(dǎo)致電動機(jī)損壞的主要原因研制的,它是一種設(shè)計(jì)獨(dú)特,工作可靠的多功能保護(hù)器,在故障出現(xiàn)時,能及時切斷電源,便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的檢修與維護(hù),該產(chǎn)品具有缺相保護(hù),短路、過載保護(hù)功能,適用于各類交流電動機(jī),開關(guān)柜,配電箱等電器設(shè)備的安全保護(hù)和限電控制,是各類電器設(shè)備設(shè)計(jì)安裝的優(yōu)選配套產(chǎn)品。該技術(shù)安裝尺寸、接線方式、電流調(diào)整與同型號的雙金屬片式熱繼電器相同。是直接代替雙金屬片式熱繼電器的更新?lián)Q代的先進(jìn)電子產(chǎn)品。而其真正的原理還是繼電器技術(shù)。
繼電器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來,產(chǎn)生了可編程控制器的技術(shù)。可編程控制器簡稱作PLC。它是將微電腦技術(shù)直接用于自動控制的先進(jìn)裝置。它具有可靠性高,抗干擾性強(qiáng),功能齊全,體積小,靈活可擴(kuò),軟件直接、簡單,維護(hù)方便,外形美觀等優(yōu)點(diǎn);以往繼電器控制的電梯有幾百個觸點(diǎn)控制電梯的運(yùn)行。
而PLC控制器內(nèi)部有幾百個固態(tài)繼電器,幾十個定時器/計(jì)數(shù)器,具備停電記憶功能,輸入輸出采用光電隔離,控制系統(tǒng)故障僅為繼電器控制方式的10%。正因?yàn)槿绱耍瑖矣嘘P(guān)部門已明文規(guī)定從97年起新產(chǎn)電梯不得使用繼電器控制電梯,改用PLC微電腦控制電梯。
可以看出,繼電器技術(shù)在日常生活中無所不在,而且和電腦的緊密結(jié)合更加增強(qiáng)了它的活力,使得繼電器為我們的生活更好地服務(wù)。
液壓傳動控制系統(tǒng)
液壓傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式,它采用液壓完成傳遞能量的過程。因?yàn)橐簤簜鲃涌刂品绞降撵`活性和便捷性,液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動是研究以有壓流體為能源介質(zhì),來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動控制的學(xué)科。液壓傳動利用這種元件來組成所需要的各種控制回路,再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。
從原理上來說,液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理,就是說,液體各處的壓強(qiáng)是一致的,這樣,在平衡的系統(tǒng)中,比較小的活塞上面施加的壓力比較小,而大的活塞上施加的壓力也比較大,這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞,可以得到不同端上的不同的壓力,這樣就可以達(dá)到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達(dá)到力的傳遞。
液壓傳動中所需要的元件主要有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動力的部件,主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作,所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵,它通過兩個嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動使得液體進(jìn)行運(yùn)動。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵,在選擇液壓泵的時候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。
液壓執(zhí)行元件是用來執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置,主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是與液壓泵做相反的工作的裝置,也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱為機(jī)械能,從而對外做功。
液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進(jìn)行預(yù)期的控制,以滿足特定的工作要求。正是因?yàn)橐簤嚎刂圃骷撵`活性,使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機(jī)械操縱法、電動操縱閥等。
除了上述的元件以外,液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個器件,我們就能夠建設(shè)出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo),我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路,比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。
根據(jù)液壓傳動的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn),在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析,然后擬定系統(tǒng)的原理圖,其中這個原理圖是用液壓機(jī)械符號來表示的。之后通過計(jì)算選擇液壓器件,進(jìn)而再完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。這個過程中,原理圖的繪制是最關(guān)鍵的。它決定了一個設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣。
液壓傳動的應(yīng)用性是很強(qiáng)的,比如裝卸堆碼機(jī)液壓系統(tǒng),它作為一種倉儲機(jī)械,在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實(shí)現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機(jī)械化工作。也可以應(yīng)用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率比較大,生產(chǎn)的效率比較高,平穩(wěn)性比較好。
液壓作為一個廣泛應(yīng)用的技術(shù),在未來更是有廣闊的前景。隨著計(jì)算機(jī)的深入發(fā)展,液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來,這樣就能夠在更多的場合中發(fā)揮作用,也可以更加精巧的、更加靈活地完成預(yù)期的控制任務(wù)。
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